包圍著地球的外部地圈包括大氣圈、水圈和生物圈，它們的總質量僅佔整個地球的0.024％，但是它們對於控制地球表面的環境及物質和能量的交換起著巨大的作用。
大氣圈、水圈、生物圈通過彼此間相互作用及同巖石圈的物質和能量交換，不斷地改變著各自的成分和狀態。在各圈之間和其內部建立起物質和能量交換的動態平衡。人類依賴於這種環境而生存和發展。
綠洲：指在大尺度荒漠背景基質上，以小尺度範圍，但具有相當規模的生物群落為基礎，構成能夠相對穩定維持的、具有明顯小氣候效應的異質生態景觀。
綠洲效應：沙漠裡空氣乾燥，溫度日較差比較大，並且降水稀少。而沙漠裡的綠洲，由於土壤溼度大、蒸發和蒸騰到空氣中的水比較多，空氣溼度比較大，降水也比較多；由於含水量比較大的土壤的熱容量比較大，並且由於蒸發和蒸騰對熱量的調節，土壤溫度和近地面氣溫的日較差比較小，這就是綠洲效應。
在沙漠地區只要有水源，水分與空氣混合，降低空氣溫度，提高相對溼度。在氣象學此種空氣與水混合，空氣的熱量使得水分自液體轉變為氣體(蒸發作用)，空氣的熱量被水分吸收因此減少。空氣溫度因此降低(冷卻作用)。水分變成水蒸氣又進入空氣之內，因此空氣內相對溼度增加。此種水與空氣混合產生降溫加溼的結果與沙漠中綠洲的形成十分相似，因此也可以稱為綠洲效應。此種過程也稱為蒸發冷卻作業。
綠洲效應的作用條件
綠洲效應來自水與空氣的混合。因此綠洲效應的作用條件在於：
1.有足夠的風量與風壓，
2.有足夠的水量，
3.有足夠的時間使水與空氣得以混合。
但是綠洲效應並不是沒有極限。荷蘭人將空氣比喻成海棉。一塊海棉吸水的水量有其極限。海棉如果愈潮溼，原來已有的含水量愈多，在吸水飽和之前， 可吸水分則愈少。相反地如果海棉愈乾燥，原來已有的含水量愈少，在吸水到飽和之前能夠吸收的水量則愈多。和吸水同時發生的降溫效果。空氣吸收的水分愈多降溫效果愈好。而空氣吸滿了水分不能再吸水，降溫能力即到了極限，不能再降溫。
灌溉對綠洲效應的影響
在乾旱或半乾旱地區，進行大面積的人工灌溉可以引起氣氣候變化，產生綠洲效應。經過灌溉的土地，土壤溼潤，熱容量增大，水份蒸發量也隨之增加，土壤和近地面氣溫的晝夜變化趨向和緩，相對溼度加大。大面積的灌溉可使局部範圍內的氣候相應改變。
自20世紀30年代以來，美國在62000平方公裡的土地上進行灌溉，結果使當地初夏增雨10%。有些科學家還曾設想建立半徑達50米的巨型輸水管道，橫跨大西洋，將南美亞馬遜河口的淡水輸送至非洲撒哈拉沙漠灌溉，形成廣闊的綠洲，以改良其極端乾旱的氣候狀況 。
綠洲效應的特徵
綠洲效應1 綠洲「冷島效應」綠洲效應最顯著的方面是「冷島效應」。綠洲在乾旱環境的強迫下必然會有熱平流水平輸入,這造成白天綠洲近地面層僅存在靠近地表的很薄層層結不穩定大氣和向上感熱通量輸送,而上層大氣卻為逆溫和感熱通量向下輸送。所以白天近地層大氣往往臨空會出現一個「映象熱中心」,大氣也處於相對比較穩定的層結狀態,這不僅使得綠洲地表蒸發受到一定抑制,而且使綠洲地表蒸發的水汽由於受上面逆溫層的限制, 大量水汽聚集在貼地約200 m 以內,從而使水平空間靠近地表的綠洲大氣會出現一個溼中心。進一步抑制綠洲地表的水汽蒸發。
綠洲的「冷島」結構造成了綠洲與周圍荒漠非常大的熱力差異,這會在綠洲和臨近荒漠之間形成局地熱力環流。在小風速時對綠洲和荒漠之間的能量和物質交換有重要貢獻,特別是其對水汽的輸送對綠洲自我維持有生態學上的意義。
同時,由於氣流進入綠洲後風速的突然減弱,會在綠洲與上遊荒漠的交界處形成一個氣流輻合區,在綠洲上遊出現上升氣流,這種上升氣流有可能對形成中尺度對流的產生有一定貢獻
綠洲增雨效應
由於綠洲的熱力和動力效應容易在乾旱區誘發中尺度對流,這有利於該地區降水的產生,從而起到增雨的效果。一般比較大的綠洲才能有這種增雨效應。根據統計,新疆庫車地區總雲量和低雲量均明顯少於北京地區,但其積雨雲出現次數卻幾乎高出北京一倍,這也許就是綠洲誘發的對流運動的貢獻。還發現,由於水平風速吹斜了對流體,增雨效應主要出現在綠洲的下風區。在阿克蘇綠洲,處於綠洲上風方向的阿瓦提地區降水很少,而其下遊則明顯多雨。
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臨近綠洲荒漠大氣逆溼
由於來自綠洲的較強的水平水汽輸送和荒漠本身地表蒸發提供的水汽極少,臨近綠洲的荒漠近地面層大氣時常會出現一個逆溼層和水汽通量向下輸送層,並且一般白天為臨空逆溼,夜間為貼地逆溼。
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綠洲地表低反射率
綠洲地表平均反射率為0.15 ,遠低於其周圍臨近荒漠的0. 25。這導致綠洲地表為高輻射能量接收區。綠洲地表吸收的短波輻射大約比其周圍臨近荒漠大16 % ,而地表發射的向上長波輻射卻比其周圍臨近荒漠約低28 %(夜間) ～40 %(白天)這最終造成綠洲淨輻射通量明顯高於周圍荒漠。
對綠洲系統而言,水是維持其存在和支持其發展的最關鍵因素. 但除此而外,綠洲效應所表現出的一系列小氣候特徵作為最主要的局地自然要素,也無疑對支持綠洲系統維持和發展起著極為重要的作用。
綠洲植被狀況越好、土壤溼度越大越有利於綠洲小氣候特徵的表現,而當外部背景為強風和強的太陽輻射時,則不利於綠洲小氣候特徵的表現,水平尺度則以適中為最佳。由此可見,綠洲的空間尺度、綠洲的植被分布結構和土壤性質、綠洲形狀和走向以及大尺度的動力和熱力背景等因素,都能影響綠洲和其臨近荒漠小氣候特徵的表現力,從而對綠洲自我維持機制發揮產生作用。這些因素在一定程度上是可以被改變的。使通過改變綠洲條件來改進綠洲自我維持機制在理論上存在著可能性。
建設和改造綠洲：
(1) 減少綠洲上遊山區的用水,儘量滿足山前平原區綠洲的用水,防止綠洲由平原向山區退縮,使氣候要素能達到最優化組合。
(2) 在荒漠區利用大型滴灌工程發展相對集中的人工綠洲或改造現存綠洲的面積,並使其達到能夠自我維持的生態規模。
(3) 由於大尺度水平風速對綠洲系統的維持有較大影響,因此建設新綠洲或改造舊綠洲時應儘量選在背景風速較小的環境中,或順著流性風向建造綠洲.
(4) 在光熱資源與水資源結合時顯得過剩的情況下,應該選擇太陽輻射相對較弱的大尺度背景建設新綠洲。
(5) 在水資源相對短缺的綠洲,應大量興建條件性氣候封閉工程。所謂條件性封閉就是對自然條件的去劣從優。
(6) 作為硬技術的灌溉技術的提高和更新,仍然是最有效、最應大力推廣的方法,它能使綠洲生態系統更高效地運轉。
問題與建議
目前對綠洲的研究仍然主要停留在定性描述和表象認識上,而綠洲內部各要素之間及其與外部環境因子之間的定量物理關係實際上並沒有建立起來。揭示綠洲的本質物理規律仍然是今後對綠洲研究的主要方面。綠洲的物理本質是綠洲所賴以維持的物質和能量基礎。
1、溫室效應：又稱「花房效應」，是大氣保溫效應的俗稱。溫室效應是指透射陽光的密閉空間由於與外界缺乏熱對流而形成的保溫效應，即太陽短波輻射可以透過大氣射入地面，而地面增暖後放出的長波輻射卻被大氣中的二氧化碳等物質所吸收，從而產生大氣變暖的效應。大氣中的二氧化碳就像一層厚厚的玻璃，使地球變成了一個大暖房。
如果沒有大氣，地表平均溫度就會下降到-23℃，而實際地表平均溫度為15℃，這就是說溫室效應使地表溫度提高38℃。大氣中的二氧化碳濃度增加，阻止地球熱量的散失，使地球發生可感覺到的氣溫升高，這就是有名的「溫室效應」。
2、峽谷效應：也叫「狹管效應」，因地形的狹管作用，當氣流由開闊地帶流入地形構成的峽谷時，由於空氣品質不能大量堆積，於是加速流過峽谷，風速增大。當流出峽谷時，空氣流速又會減緩。這種地形峽谷對氣流的影響；稱為「狹管效應」。由狹管效應而增大的風，稱為峽谷風或穿堂風。
液體在管中流動，經過狹窄處時流速加快。氣流在地面流經狹窄地形時類似液體在管中的流動，流速也會加快，並因氣體具有可壓縮性，密度也會增大。地球上山地的許多風口和許多地方出現的地形雨都與氣流經過狹窄地形密切相關。
3、陽傘效應：陽傘效應又稱微粒效應。指由大氣汙染物對太陽輻射的削弱作用而引起的地面冷卻效應。有自然原因和人為原因。前者如火山噴出大量塵埃和海水浪花飛濺將各種鹽分帶入大氣中；後者如工業、交通運輸和生活中燃燒化石燃料排放的煙塵。此外，農業生產和植被破壞等，產生許多灰塵由地面進入大氣環境，使懸浮在大氣中的顆粒物大大增加。這些氣溶膠粒子會吸收和反射太陽輻射，減少紫外線通過，使到達地面的太陽輻射大大減弱，導致地面溫度降低。大氣中氣溶膠粒子增加，增多了凝結核，使雲量、降水量、霧的頻率增多，對地表亦起冷卻作用。由於這種作用宛如陽傘遮擋太陽輻射而使地面溫度降低，故取此名。
4、大湖效應：大湖效應指的是冷空氣遇到大面積未結冰的水面（通常是湖泊）從中得到水蒸汽和熱能，然後在向風的湖岸形成降水、降雪、霧氣等現象，通常是以雪的形式出現。這情形以在美國東北部的五大湖地區沿岸的降雪最為著名。其他水域，如某些海和湖也會產生大湖效應，產生面積較小的雪帶。比如美國東海岸的雪帶，冬季，以魁北克為中心的高壓區使大氣順時針環繞流動，使極地氣團向南經大西洋到達北美海岸，其間穿越墨西哥灣暖流溫暖水域，為美國東海岸帶來降雪。雪雖是大西洋而非湖泊帶來，也被稱為大湖效應降雪。
5、綠洲效應：綠洲效應是指在沙漠地區，因為無水又高溫低溼，因此無動植物存活。但是沙漠地區只要有水源，水分與空氣混合，降低空氣溫度，提高相對溼度。溼潤的空氣適合作物生長，形成人類可居住的條件。在氣象學這種空氣與水混合，空氣的熱量使得水分自液體轉變為氣體（蒸發作用），空氣的熱量被水分吸收因此減少。空氣溫度因此降低（冷卻作用）。水分變成水蒸氣又進入空氣之內，因此空氣內相對溼度增加。此種水與空氣混合產生降溫加溼的結果與沙漠中綠洲的形成十分相似，因此稱為綠洲效應。此種過程也稱為蒸發冷卻作業。
6、熱島效應：熱島效應（Urban Heat Island Effect）是指一個地區的氣溫高於周圍地區的現象。用兩個代表性測點的氣溫差值（即熱島強度）表示。主要有城市熱島效應和青藏高原熱島效應兩種。
熱島效應是由於人為原因，改變了城市地表的局部溫度、溼度、空氣對流等因素，進而引起的城市小氣候變化現象。該現象，屬於城市氣候最明顯的特徵之一。
7、焚風效應：焚風（Foehn）是由於空氣作絕熱下沉運動時，因溫度升高溼度降低而形成的一種乾熱風 。
焚風常出現在山脈背風坡，由山地引發的一種局部範圍內的空氣運動形式——過山氣流在背風坡下沉而變得乾熱的一種地方性風。在高壓區，空氣下沉也可產生焚風。
8、盆地效應：在盆地內部的地表，炎熱的夏季，常因地勢低，空氣密度大，稠密的大氣阻擋了地面熱量向高空的輻射冷卻，加之周圍高中間低的地勢不易散熱，使氣溫升高。如我國新疆吐魯番盆地(—155米)有「火洲」之稱，是我國夏季最高氣溫出現的地方，七月份平均氣溫為33℃，那裡極端最高氣溫曾達到49.6℃。在寒冷的冬季，常因冷空氣密度大，在重力作用下順山坡下滑至窪地底部匯集，使底部氣溫低於周圍坡地。如俄羅斯西伯利亞的奧伊米亞康成為北半球的寒極，曾達到—71℃的低溫，就是位於封閉盆地。以上現象謂之「盆地效應」。
9、柯氏效應：我們觀看天氣圖和人造衛星拍攝的雲圖，再加上經驗，發現空氣的運動常常是循圓形軌跡的，譬如隨伴鋒面的氣旋和颱風。這些美麗的大旋渦使得我們的地球從太空看起來婀娜多姿，而不是亂糟糟的一團。這些旋渦多半是地球自轉所導致的偏折效應引起的。在北半球這種偏折效應使得任何物體在運動時，都或多或少會有向右偏轉的趨勢；在南半球則相反，都有向左偏轉的傾向。空氣和海水的運動都不例外。
這種偏折的效應，科學家們稱之為柯氏效應（Coriolis effect），用以紀念物理學家柯裡奧利斯在這方面所作的貢獻。
10、油膜效應：人類在石油的開採、煉製、儲運和使用過程中都會將許多石油洩漏入海洋。石油進入海洋一方面粘附於海岸，使海灘休養地、風景區等沿海環境被破壞，海洋生態環境惡化，大量海洋生物死亡。譚老師地理工作室綜合整理另一方面，會形成油膜漂浮在海面上。油膜特別是大面積的油膜，把海水與空氣隔開，抑制膜下水分的蒸發，使汙染區及其周邊地區上空乾燥，同時造成海洋與大氣的熱交換減少，使海水及汙染區上空大氣的年、日溫差變大，這就是油膜效應。